Historia de la criptografía moderna

En el año 1976 y debido a la aparición de ordenadores surge el sistema Data Encryption Standard (DES) que es el sistema de encriptado más difundido hasta la fecha. Inspirado del sistema Lucifer cipher de IBM (1970), en 1977 es ratificado como FIPS (Federal Information Processing Standard) por el NIST (National Institute of Standards and Technology). El sistema DES fue el primero de los sistemas complejos que hoy conocemos. En 1981, se convierte en el estándar X3.92 de ANSI (American National Standards Institute). Los datos son encriptados en bloques de 64 bits (el bit es la unidad mínima de almacenamiento empleada en informática)usando una llave de 56 bits. El algoritmo transforma una entrada de 64 bits después de una serie de pasos, en una salida de 64 bits. Los mismos pasos, con la misma llave, son usados para desencriptar.

La aparición de la red ha acelerado la expresión de la criptografía, sacándola de los centros de investigación y llevándola a los ordenadores domésticos.

Sin embargo, su inclusión en el mundo informático no fue tan sencilla debido a que países como Estados Unidos no permitían la utilización de este tipo de mecanismo de protección, amparándose en la facultad que poseía sobre la información circulante debido a que por medio de ella se podía cometer actos de terrorismo. Estas decisiones determinaron que muchos de los que se encontraban a favor de este tipo de sistemas de protección utilizaran diferentes medios de protesta.

Si bien la Unión Europea apoya la encriptación dura, la más difícil de romper, muchos de los países que la integran han suscitado el tratado internacional de Wassenaar, que impone restricciones a la exportación de programas de encriptado con más de 64 bits. Los controles de transferencia de tecnología, no se aplcarán, sin embargo, a la información de dominio público ni a la investigación «científica básica».

No debe dejarse de lado el hecho de que la solución más comúnmente aceptada para los problemas de seguridad informática sea el cifrado de los mensajes o los datos que contengan información confidencial, transformándolos en un montón de números y letras que sólo pueden decodificar los que poseen las claves o los algoritmos con los que se creó el cifrado. La fuerza o la fragilidad del cifrado dependen de la resistencia del algoritmo que se haya utilizado y de la longitud de la cadena de la clave, medida en bits.

Fuente: TORRES ÁLVAREZ, Hernán (2005). «El sistema de seguridad jurídica en el comercio electrónico». Fondo Editorial PUCP

Charles Babbage, el genio británico del criptoanálisis

La figura más fascinante del criptoanalisis del siglo xix es Charles Babbage, el excéntrico genio británico más conocido por desarrollar el precursor del ordenador moderno. Nació en 1791, hijo de Benjamín Babbage, un rico banquero de Londres. Cuando Charles se casó sin el permiso de su padre perdió el acceso a la fortuna Babbage, pero todavía tenía suficiente dinero para gozar de seguridad económica y vivió como un erudito errante, aplicando su talento a cualquier problema que excitaba su imaginación. Sus inventos incluyen el velocímetro y el avisador de vacas, un aparato que se podía sujetar a la parte delantera de las locomotoras de vapor para apartar a las vacas de las vías del ferrocarril. Desde el punto de vista de los avances científicos, fue el primero en darse cuenta de que la anchura del anillo de un árbol dependía del tiempo que había hecho ese año, y dedujo que era posible determinar los climas pasados estudiando árboles muy antiguos. También se sentía fascinado por la estadística, y para divertirse trazó una sene de tablas de mortalidad, una herramienta básica para las compañías de seguros actuales. Babbage no se limitó a abordar problemas científicos y de ingeniería.

El coste de enviar una carta dependía de la distancia que tenía que viajar dicha carta, pero Babbage señaló que el coste del trabajo requerido para calcular el precio de cada carta era superior al coste del franqueo. Por eso, propuso el sistema que todavía utilizamos hoy día: un precio único para todas las cartas, independientemente de en qué parte del país viva el destinatario. También le interesaban la política y los temas sociales, y hacia el final de su vida comenzó una campaña para deshacerse de los organilleros y de los músicos callejeros que deambulaban por Londres. Se quejó de que la música «a menudo da lugar a un baile de golfillos harapientos, y a veces de hombres medio embriagados, que en ocasiones acompañaban el ruido con sus propias voces disonantes. Otro grupo muy partidario de la música callejera es el de las mujeres de virtud elástica y tendencias cosmopolitas, a las que ofrece una excusa decente para exhibir sus fascinaciones en sus ventanas abiertas». Por desgracia para Babbage, los músicos se defendieron reuniéndose en grandes grupos en torno a su casa y tocando lo más fuerte que podían.

El momento decisivo de la vida científica de Babbage llegó en 1821, cuando él y el astrónomo John Herschel examinaron una serie de tablas matemáticas, de las que se usan como base para los cálculos de astronomía, ingeniería y navegación. Los dos hombres se sentían indignados por la cantidad de errores que había en las tablas, que a su vez generarían fallos en cálculos importantes. Una serie de tablas, las Efemérides náuticas para encontrar la latitud y la longitud en el mar, contenía más de mil errores. De hecho, se culpaba a las tablas defectuosas de causar muchos naufragios y desastres de ingeniería. Estas tablas matemáticas se calculaban a mano, y los errores eran simplemente el resultado de errores humanos.

Mientras la mayoría de los criptoanalistas habían abandonado toda esperanza de llegar a descifrar la cifra Vigenére, a Babbage le animó a intentar el desciframiento un intercambio de cartas con John Hall Brock Thwaites, un dentista de Bristol con un concepto bastante inocente de las cifras. En 1854, Thwaites afirmó haber inventado una nueva cifra, que, en realidad, era equivalente a la cifra Vigenére.

Escribió al Journal of the Society ofArts con la intención de patentar su idea, por lo visto sin darse cuenta de que llegaba con varios siglos de retraso. Babbage escribió a esa sociedad señalando que «la cifra... es muy antigua, y aparece en la mayoría de los libros». Thwaites no ofreció ningún tipo de disculpas y desafió a Babbage a descifrar su cifra. Que fuera o no descifrable no tenía nada que ver con el hecho de si era nueva o no, pero la curiosidad de Babbage se excitó lo suficiente como para embarcarse en la búsqueda de un punto débil en la cifra Vigenére. Descifrar una cifra difícil es similar a escalar la cara muy escarpada de un acantilado. El criptoanalista busca cualquier resquicio o arista que pudiera proveer el más ligero apoyo. En una cifra monoalfabética, el criptoanalista se agarrará a la frecuencia de las letras, porque las letras más corrientes —en inglés, la e, la t y la a— destacarán no importa cómo hayan sido escondidas. En la poli alfabética cifra Vigenére, las frecuencias están mucho más equilibradas, porque se usa la palabra cifra para cambiar entre diferentes alfabetos cifrados. Por eso, a primera vista, la roca parece perfectamente lisa.

Fuente: SINGH, Simon. (2000) «Los códigos secretos». Debate

El código Morse y su utilización junto con el sistema de Vigenére

Mientras tanto, en Norteamérica, Samuel Morse acababa de construir su primera línea de telégrafo, un sistema que abarcaba los 60 km que separan a Baltimore de Washington. Morse utilizó un electroimán para mejorar la señal, de manera que al llegar al receptor fuera lo suficientemente fuerte para hacer una serie de marcas cortas y largas —puntos y rayas— sobre una hoja de papel.

También desarrolló el código Morse, que ahora nos es tan familiar, para traducir cada letra del alfabeto a una serie de puntos y rayas.

Para completar su sistema diseñó una caja sonora, para que el receptor oyera cada letra como una serie de puntos y rayas audibles.

En Europa, el sistema Morse ganó popularidad y en 1851 una versión europea del código Morse, que incluía letras acentuadas, fue adoptada por todo el continente.

Según pasaban los años, el código Morse y el telégrafo tenían cada vez más influencia en el mundo, permitiendo a la policía capturar más criminales, ayudando a los periódicos a traer las noticias más recientes, proveyendo de valiosa información a las empresas y posibilitando que compañías muy distantes hicieran tratos instantáneos.

Sin embargo, proteger estas comunicaciones, a menudo tan delicadas, era una gran preocupación.

El código Morse mismo no puede considerarse integramente una forma de criptografía, porque no hay una ocultación del mensaje. Los puntos y las rayas son simplemente una forma conveniente de representar las letras para el medio telegráfico; en realidad, el código Morse no es otra cosa que un alfabeto alternativo.

El problema de la seguridad surgió primordialmente porque cualquiera que quisiera enviar un mensaje había de entregarlo a un operador del código Morse, un telegrafista, que tenía que leerlo para transmitirlo. Los telegrafistas tenían acceso a todos los mensajes y, por tanto, existía el riesgo de que una empresa sobornase a un telegrafista para tener acceso a las comunicaciones de su rival.

La solución consistía en codificar el mensaje antes de entregárselo al telegrafista. Entonces, éste traduciría el texto cifrado al código Morse antes de transmitirlo. Además de evitar que los telegrafistas viesen material delicado, la codificación también entorpecía los esfuerzos de cualquier espía que tratara de intervenir el cable telegráfico. Obviamente, la polialfabética cifra Vigenére era la mejor forma de asegurar el secreto para las comunicaciones de negocios importantes.

Era considerablemente indescifrable, y se la conoció como le chiffre indéchiffrable.

Fuente: SINGH, Simon. (2000) «Los códigos secretos». Debate

Las cámaras negras

Reforzar la cifra monoalfabética aplicándola a las sílabas o añadiendo homófonos puede que fuera suficiente durante el siglo xvn, pero para el xvm el criptoanalisis empezaba a industrializarse, con equipos de criptoanalistas gubernamentales que trabajaban juntos para descifrar muchas de las cifras mo-noalfabéticas más complejas.

Cada poder europeo tenía su propia Cámara Negra, como se denominaba a los centros neurálgicos para descifrar mensajes y acumular inteligencia. La Cámara Negra más célebre, disciplinada y eficiente era el Geheime Kabinets-Kanzlei de Viena.

Operaba según un horario riguroso, porque era vital que sus infames actividades no interrumpiesen el fluido funcionamiento del servicio postal. Las cartas que debían ser entregadas en las embajadas que había en Viena primero se mandaban a la Cámara Negra, a la que llegaban a las siete de la mañana. Los secretarios fundían los sellos de lacre, y un equipo de esteganógrafos trabajaba paralelamente para hacer copias de las cartas. Si era necesario, un especialista en idiomas se responsabilizaría de duplicar escrituras inusuales. En menos de tres horas las cartas habían vuelto a ser selladas en sus sobres y devueltas a la oficina de correos central, para poder ser entregadas en su destino previsto. El correo que estaba meramente en tránsito por Austria llegaba a la Cámara Negra a las 10 de la mañana y el correo que salía de las embajadas de Viena con destino al extranjero llegaba a la Cámara a las cuatro de la tarde. Todas estas cartas también eran copiadas antes de poder continuar su viaje. Cada día se filtraban unas cien cartas por la Cámara Negra de Viena.

Las copias pasaban a los criptoanalistas, que se sentaban en pequeñas cabinas, listos para extraer el significado de los mensajes. Además de suministrar inteligencia valiosísima a los emperadores de Austria, la Cámara Negra de Viena vendía la información que acumulaba a otros poderes europeos. En 1774 se llegó a un acuerdo con Abbot Georgel, el secretario de la embajada francesa, que le proporcionó acceso a un paquete de información dos veces por semana a cambio de 1.000 ducados. Él enviaba entonces estas cartas, que contenían los planes supuestamente secretos de varios monarcas, directamente a Luis XV en París.

Las Cámaras Negras estaban logrando volver inseguras todas las formas de cifra monoalfabética. Enfrentados a semejante oposición criptoanalítica profesional, los criptógrafos se vieron forzados por fin a adoptar la cifra Vi-genére, más compleja pero más segura. Gradualmente, los secretarios de cifras comenzaron a pasarse a las cifras polialfabéticas. Además de un criptoanalisis más eficaz, había otra presión que favorecía el paso hacia formas más seguras de codificación: el desarrollo del telégrafo, y la necesidad de proteger los telegramas de poder ser interceptados y descifrados.

Aunque el telégrafo, junto a la subsiguiente revolución de las telecomunicaciones, apareció en el siglo xix, sus orígenes se remontan a 1753.

Una carta anónima en una revista escocesa describió cómo se podía enviar un mensaje a través de grandes distancias conectando al emisor y al receptor con 26 cables, uno por cada letra del alfabeto. El emisor podía entonces deletrear el mensaje enviando pulsaciones de electricidad por cada cable.

El receptor sentiría de alguna forma la corriente eléctrica que surgía de cada cable y leería el mensaje. Sin embargo, este «expeditivo método de transmitir inteligencia», como lo llamó su inventor, nunca llegó a construirse, porque existían varios obstáculos técnicos que debían ser superados.

Fuente: SINGH, Simon. (2000) «Los códigos secretos». Debate

De Vigenére al Hombre de la Máscara de Hierro

Las formas tradicionales de cifra de sustitución, las que ya existían antes de la cifra Vigenére, se llamaban cifras de sustitución monoalfabética porque utilizaban sólo un alfabeto cifra en cada mensaje. En cambio, la cifra Vigenére pertenece a una clase conocida como polialfabética, porque emplea varios alfabetos cifra en cada mensaje. La naturaleza polialfabética de la cifra Vigenére es lo que le da su fuerza, pero también hace que sea mucho más complicada de usar. El esfuerzo adicional requerido para poner en práctica la cifra Vigenére disuadió a mucha gente de utilizarla.
Para muchas de las finalidades del siglo xvn, la cifra de sustitución monoalfabética resultaba perfectamente adecuada.

La sustitución monoalfabética era rápida, fácil de usar y segura contra gente sin conocimientos de criptoanalisis.

Las comunicaciones militares, en particular, requerían velocidad y simplicidad, ya que, como una oficina diplomática podía enviar y recibir cientos de mensajes cada día, el tiempo era esencial. Por consiguiente, los criptógrafos buscaron una cifra intermedia, que fuera más difícil de descifrar que una cifra mono-alfabética directa, pero más sencilla de utilizar que una cifra polialfabética.

Entre las candidatas estaba la extraordinariamente efectiva cifra de sustitución homofónica.
En ella, cada letra es reemplazada por una variedad de sustitutos, y el número de sustitutos potenciales es proporcional a la frecuencia de la letra.

Por ejemplo, la letra a supone aproximadamente el 8 por ciento de todas las letras del inglés escrito, de manera que asignaríamos ocho símbolos para representarla. Cada vez que aparece una a en el texto llano sería reemplazada en el texto cifrado por uno de los ocho símbolos elegidos al azar, de forma que para el final de la codificación cada símbolo constituiría aproximadamente el 1 por ciento del texto codificado. En cambio, la letra b supone •solamente el 2 por ciento de todas las letras, de manera que sólo asignaríamos dos símbolos para representarla. Cada vez que aparece la b en el texto llano se puede elegir uno de esos dos símbolos, y para el final de la codificación cada símbolo constituiría aproximadamente el 1 por ciento del texto codificado. Este proceso de asignar varios números o símbolos para que actúen como sustitutos de cada letra continúa con todas las demás letras, hasta llegar a la z, que es tan infrecuente que sólo tiene un símbolo que la sustituya.

Una letra del texto llano puede ser representada por varios símbolos, pero cada símbolo sólo puede representar a una letra.

En una cifra polialfabética, una letra del texto llano también será representada por diferentes símbolos, pero estos símbolos representarán a letras diferentes a lo largo del proceso de una codificación.

Posiblemente, la razón fundamental por la que la cifra homofónica es considerada monoalfabética es que, una vez ha sido establecido el alfabeto cifrado, permanece constante durante todo el proceso de codificación.

La alteración de la cifra monoalfabética básica de diversas maneras, tales como añadir homófonos, hizo posible cifrar mensajes de forma segura, sin tener que recurrir a las complejidades de la cifra polialfabética.

Uno de los ejemplos más notables de una cifra monoalfabética mejorada lo constituyó la Gran Cifra de Luis XIV, la cual fue utilizada para cifrar los mensajes más secretos del rey, protegiendo los detalles de sus planes, conspiraciones y maquinaciones políticas. Uno de estos mensajes mencionaba a uno de los personajes más enigmáticos de la Historia de Francia, el Hombre de la Máscara de Hierro, pero la solidez de la Gran Cifra significó que el mensaje y su extraordinario contenido permanecerían sin ser descifrados y, por tanto, leídos, durante dos siglos.

La Gran Cifra fue inventada por el equipo formado por un padre y su hijo, Antoine y Bonaventure Rossignol. Antoine había alcanzado prominencia por vez primera en 1626, cuando le entregaron una carta codificada capturada a un mensajero que abandonaba la sitiada ciudad de Réalmont. Antes de que acabara el día ya había descifrado la carta, revelando que el ejército hugonote que había mantenido la ciudad estaba a punto de caer. Los franceses, que hasta entonces no habían sido conscientes de la desesperada situación de los hugonotes, devolvieron la carta acompañada de su desciframiento. Los hugonotes, al saber ahora que su enemigo no cedería, no tardaron en rendirse. El desciframiento había tenido como resultado una cómoda victoria francesa.

El poder del desciframiento de cifras se hizo obvio, y los Rossignol obtuvieron puestos elevados en la corte. Después de servir a Luis XIII trabajaron como criptoanalistas para Luis XIV, que estaba tan impresionado que trasladó las oficinas de los Rossignol junto a sus propios aposentos para que Rossignol pére etfils tuvieran un papel central en el desarrollo de la política diplomática francesa. Uno de los mayores tributos a sus habilidades lo constituye el hecho que la palabra rossignol se convirtió en argot francés para designar un artificio que abre cerraduras, un reflejo de su destreza para abrir cifras.

Fuente: SINGH, Simon. (2000) «Los códigos secretos». Debate

El código indescifrable de Vigenére

Durante siglos, la cifra de sustitución monoalfabética simple había sido suficiente para asegurar el secreto. El subsiguiente desarrollo del análisis de frecuencia, primero en el mundo árabe y luego en Europa, destruyó su seguridad. La trágica ejecución de María, reina de Escocia, fue una dramática ilustración de las debilidades de la sustitución monoalfabética, y en la batalla entre los criptógrafos y los criptoanalistas estaba claro que estos últimos llevaban las de ganar. Cualquiera que enviaba un mensaje codificado tenía que aceptar que un descifrador enemigo experto podría interceptar y descifrar sus más valiosos secretos.

Obviamente, incumbía a los criptógrafos inventar una nueva cifra más sólida, algo que pudiera despistar a los criptoanalistas. Aunque dicha cifra no surgiría hasta el final del siglo xvi, sus orígenes se remontan al polifacético erudito florentino del siglo xv León Battista Alberti.

Alberti fue una de las figuras principales del Renacimiento: pintor, compositor, poeta y filósofo, además de autor del primer análisis científico de la perspectiva, de un tratado sobre la mosca y de una oración fúnebre para su perro. Es probablemente más conocido como arquitecto, ya que diseñó la primera fuente de Trevi en Roma, y escribió De re aedificatoria, el primer libro impreso sobre arquitectura, que sirvió como catalizador para la transición del diseño gótico al renacentista.

En algún momento de la década de 1460, Alberti paseaba por los jardines del Vaticano cuando se encontró con su amigo Leonardo Dato, el secretario pontificio, que comenzó a hablarle de los aspectos más admirables de la criptografía. Esta conversación fortuita incitó a Alberti a escribir un ensayo sobre ese tema, esbozando lo que él consideraba una nueva forma de cifra. En aquellos tiempos, todas las cifras de sustitución requerían un solo alfabeto cifrado para codificar cada mensaje. Sin embargo, Alberti propuso utilizar dos o más alfabetos cifrados, alternando entre ellos durante la codificación, confundiendo de esta manera a los potenciales criptoanalistas.

Alfabeto llano abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
Alfab. cifrado 1 FZBVKIXAYME PLSD H JORG N QCUTW
Alfab. cifrado 2 GOXBFWTHQILAPZJDESVYCRKUHN


Por ejemplo, aquí tenemos dos posibles alfabetos cifrados, y podríamos cifrar un mensaje alternando entre ellos. Para cifrar el mensaje aquello, codificaríamos la primera letra según el primer alfabeto cifrado, de forma que a se convierte en F, pero codificaríamos la segunda letra según el segundo alfabeto cifrado, de forma que q se convierte en E. Para cifrar la tercera letra volvemos al primer alfabeto cifrado, para la cuarta acudimos al segundo alfabeto cifrado, y así sucesivamente. Esto significa que u es codificada como N, e como F, la primera I como P, mientras que la segunda I se convierte en A, y la o final en D. El texto cifrado completo sería FENFPAD. La ventaja crucial del sistema de Alberti es que una misma letra del texto llano no aparece necesariamente como la misma letra en el texto cifrado, de forma que, por ejemplo, las dos I que aparecen en aquello se codifican de manera diferente en cada caso. De manera similar, las dos F que aparecen en el texto cifrado representan a una letra diferente del texto llano en cada caso: la primera representa una a y la segunda una e.

Aunque había dado con el avance más significativo en codificación en más de mil años, Alberti no logró desarrollar su concepto y convertirlo en un sistema de codificación plenamente formado. Esa tarea recayó sobre un diverso grupo de intelectuales, que se basaron en su idea original.

El primero fue Johannes Trithemius, un abad alemán nacido en 1462; luego vino Giovanni Porta, un científico italiano nacido en 1535, y finalmente Blaise de Vi genere, un diplomático francés nacido en 1523.

Vigenére conoció los escritos de Alberti, Trithemius y Porta cuando fue enviado a Roma, a los veintiséis años, en una misión diplomática de dos años. Al principio, su interés en la criptografía era meramente práctico y se relacionaba con su trabajo diplomático. Después, a la edad de treinta y nueve años, Vigenére decidió que ya había acumulado suficiente dinero como para abandonar su carrera y dedicar su vida al estudio. Fue sólo entonces cuando estudió en detalle las ideas de Alberti, Trithemius y Porta, combinándolas hasta lograr una nueva cifra, coherente y poderosa.

Aunque tanto Alberti como Trithemius y Porta aportaron una contribución vital, la cifra se conoce como la cifra Vigenére en honor al hombre que la desarrolló en su forma definitiva.

La fuerza de la cifra Vigenére radica en que no utiliza uno, sino 26 alfabetos cifrados distintos para cifrar un mensaje. El primer paso de la codificación es trazar lo que se denomina un cuadro Vigenére. Se trata de un alfabeto llano seguido de 26 alfabetos cifrados, consiguiéndose cada uno de ellos comenzando en la siguiente letra que el anterior.

Para descifrar el mensaje, el receptor a quien va dirigido necesita saber qué línea del cuadro Vigenére ha sido utilizada para codificar cada letra, de manera que tiene que haber un sistema acordado para cambiar de línea.

Esto se logra utilizando una palabra clave. Para cifrar un mensaje corto se ha empezar deletreando la clave sobre el mensaje, repitiéndola las veces que sea necesario hasta que cada letra del mensaje quede asociada con una letra de la clave.


Además de ser invulnerable al análisis de frecuencia, la cifra Vigenére tiene un número enorme de claves. El emisor y el receptor pueden acordar usar cualquier palabra del diccionario, cualquier combinación de palabras, o incluso crear palabras. Un criptoanalista sería incapaz de descifrar el mensaje buscando todas las claves posibles porque el número de opciones es simplemente demasiado grande.
La obra de Vigenére culminó con su Traicté des Chiffres, publicado en 1586.

Fuente: SINGH, Simon. (2000) «Los códigos secretos». Debate

La cifra de María de Estuardo, reina de Escocia

La reina María de Estuardo, reina de los Escoceses, fue ejecutada por su prima Isabel I de Inglaterra al descubrirse un complot de aquella tras un criptoanálisis exitoso por parte de los matemáticos de Isabel.

Fuente: SINGH, Simon. (2000) «Los códigos secretos». Debate